Ingeniería

Ingeniería Civil

HIDROLOGIA

Estudio de Máximas Avenidas o Caudales

Alumno:

Carlos Igor Trigoso Cavero.

Docente:

Ing.Msc. Daniel Díaz Pérez

Facultad:

Escuela:

Tema:

Asignatura:

ESTUDIO DE MAXIMAS AVENIDAS O CAUDALES

Se define a una máxima avenida como un caudal de gran magnitud, que por decir lo menos, desborda los ríos, quebradas o canales artificiales.

Se debe calcular o estimar el caudal de diseño, que para estos casos, se determina en función a los caudales máximos.

ESTUDIO DE MAXIMAS AVENIDAS O CAUDALES

1. Interesa estudiar el caudal, creciente o

avenida de diseño para estructuras de

almacenamiento o regulación ( embalses –

presas – aliviaderos de demasía, etc)), de

derivación o captación (bocatomas), de

conducción (canales, drenes, etc)

2. Otras estructuras como son puentes,

pontones, la erosión e inundaciones .

alcantarillas, y también obras de protección

contra

ESTUDIO DE MAXIMAS AVENIDAS O CAUDALES

La magnitud del caudal de diseño, está en función directa del período de retorno seleccionado para el diseño, el mismo que a su vez depende de la importancia o trascendencia de la obra así como de la vida útil de la misma.

ESTUDIO DE MAXIMAS AVENIDAS O CAUDALES

En el análisis de la información

hidrológica, puede presentarse el caso

de que se tenga a disposición registros

históricos de caudales, entonces

dependiendo del problema a resolver, un

análisis probabilístico puede resultar

conveniente.

ESTUDIO DE MAXIMAS AVENIDAS O CAUDALES

Pero el caso mas frecuente es cuando no se dispone de datos de caudales máximos, por lo que es necesario calcularlos a partir de datos de lluvia o precipitación.

También se puede recurrir a otros métodos que pueden ser directos o indirectos.

Período de Retorno y Vida Util de una

Obra

se define como el intervalo de tiempo dentro del cual un caudal de magnitud Q, puede ser igualado o excedido por lo menos una vez en promedio. El período de retorno para el caso de un caudal de diseño

Análisis de Riesgo de Falla

En el diseño de estructuras hidráulicas para el control o aprovechamiento de agua, se considera el factor de riesgo (R).

La estructura puede fallar si la magnitud correspondiente al período de retorno T se excede durante la vida útil de la estructura.

Métodos para el Estudio de Máximas Avenidas o Caudales.

- Los métodos Históricos. - Los métodos Estadísticos o

Probabilísticos (basados en la existencia de información hidrométrica o de aforos).

- Los Métodos Hidrológicos (basados en la existencia de información pluviométrica), y

- El Método directo o denominado también Método Hidráulico.

Métodos Históricos

Este método está basado en que el cálculo de la avenida, está referida a los máximos niveles alcanzados por el agua y que quedan señalizados en algún punto del cauce del río o fuera de él.

Para ello será necesario recopilar los datos acerca de las avenidas ocurridas, pero presenta dificultades respecto a la carencia de datos, así como la calidad e la información que se pueda recibir .

Métodos Hidrológicos.

Estos métodos, si bien es cierto no son muy precisos, sin embargo, son los mas utilizados al no existir información hidrométrica o de aforos en ríos.

a).- Método de Mac – Math.

b).- Método de ISZKOWSKI

c).- Método del US Soil Conservation Service (SCS).

Métodos Estadísticos

Estos métodos permiten a través de un registro histórico de máximas avenidas, estimar la avenida de diseño mediante su probable distribución en diversos períodos de retorno.

Cuanto mayor sea el tamaño del registro o extensión de la información, mayor será también la aproximación del cálculo del caudal de diseño.

Métodos Estadísticos

Existen varios métodos estadísticos para realizar el estudio de caudales máximos y poder determinar el caudal de diseño, entre ellos y los más usados tenemos:

- El método de Log - Pearson Tipo III. - Método de Gumbell.

Además existen otros métodos como:

- La distribución Gamma. - Distribución log – Normal, etc.

PRESENTACIÓN DE LOS DATOS DE DESCARGA.

Los registros y descargas efectuadas durante varios años en una estación de aforo, forman un conjunto de cifras y gráficas que es necesario analizar y clasificar de acuerdo a métodos adecuados que faciliten su comprensión y utilización.

VALORES REPRESENTATIVOS.• DESCARGA DIARIO PROMEDIOSe representa por lts/seg. o m3/seg.; • DESCARGA MENSUAL PROMEDIOSon cálculos tomando la media aritmética de la descarga diaria registrada en el mes considerado. Depende del número de días que tiene el mes.• DESCARGA ANUAL Se calculará tomando la media aritmética de la descarga correspondiente a los 12 meses del año

VALORES REPRESENTATIVOS

DESCARGA MAXIMA ANUAL. Corresponde al máximo valor de

descarga que ocurre dentro del año. Existe un caudal máximo mensual, entonces existirán doce valores al año de descargas máximas. El valor del caudal máximo anual será el mayor valor de entre los doce meses.

VALORES REPRESENTATIVOS

DESCARGA MINIMA ANUAL.

Similar consideración para el caso de descargas máximas.

CURVAS CARACTERISTICAS

a).- Curva de Frecuencias Relativas de Descargas

b).- La Curva de Duración.- Está en función al tiempo de

duración de una avenida, desde su valor mas alto hasta su final o constante..

c).- Curva de Caudales Acumulados.- Similar a la curva masa de precipitación.

La Curva de Duración

ESTIMACIÓN DE DESCARGA MÁXIMA

MÉTODO RACIONAL

MÉTODO GUMBEL – TIPO I

MÉTODO LOG PEARSON – TIPO III

MÉTODO RACIONAL

Q = C i A 

Q : Caudal máximo de escorrentía.

C : Coeficiente de escorrentía.i : Intensidad máxima de la lluvia para un periodo de duración igual al tiempo de concentración, y para la frecuencia deseada en el diseño.

A : Área de la cuenca.

MÉTODO GUMBEL – TIPO I

Q = Qo + K Q

Q = Caudal con una profundidad dada.

Q o = Media de la serie de caudales. = desviación estándar de la serie.K = un factor de frecuencia definido

por cada distribución. 

Esta distribución ha sido una de las mas utilizadas en hidrología. Como la mayoría de las variables hidrológicas son sesgadas, la función Gamma se utiliza para ajustar la distribución de frecuencia de variables tales como crecientes máximas anuales, Caudales mínimos, Volúmenes de flujo anuales y estacionales, valores de precipitaciones extremas y volúmenes de lluvia de corta duración. La función de distribución Gamma tiene dos o tres parámetros.

MÉTODO LOG PEARSON – TIPO III

MÉTODO LOG PEARSON – TIPO III Encontramos los siguientes parámetros:

LogQMedia : log Qi . n

Desviación estándar de los logaritmos de Q:

log Q= ( logQi – logQm )2

n – 1

MÉTODO LOG PEARSON – TIPO III

Coeficiente de Asimetría : Ag =n ( log Q – log Qm )3 (n –1)(n –2)( log Q)3

 El valor de Q para cualquier valor De K se puede calcular a partir de :

  log Q = log Qm + log Q *K

APLICANDO LA FORMULA EN UN TIPICO CASO:

Calcular el caudal de diseño para el emplazamiento hidráulico de una estructura a emplazarse en el cauce de un rio, si se considera

Una vida utilde 50 años y una seguridad de 85 %

FACTORES DE FRECUANCIA "K" LOG PEARSON TIPO III

Asi como consistentemente la estimación de la magnitud del caudal de diseño, diseñar obras de drenaje que permitan controlar y eliminar el exceso de agua superficial y subterránea que discurren sobre la calzada y debajo de ella, a fin de que no puedan comprometer la estabilidad de la estructura del pavimento, de acuerdo a las exigencias hidrológicas y geomorfológicas del área de estudio, sin afectar el drenaje natural de la zona, ni a la propiedad adyacente.

Dotar de informacion técnico que sirva de guía conceptual y metodológica para la determinación de los parámetros hidrológicos e hidráulicos de diseño, de obras de infraestructura vial.

CONCLUSIONES

Gracias…